用于與鋁結(jié)構(gòu)性粘接的表面處理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及金屬表面處理技術(shù)，更具體而言涉及利用轉(zhuǎn)化涂層和溶膠-凝膠材料 而不使用粘合劑粘接用底漆（adhesivebondprimer)來使粘合劑與錯部件結(jié)構(gòu)性粘接的 技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 粘接之前的金屬處理對粘接接縫的初始粘合力以及其長期環(huán)境耐久性而言都是 關(guān)鍵因素。然而，常規(guī)的粘接用底漆應(yīng)用技術(shù)對于使用來說并不方便和/或過于復(fù)雜。例 如，許多類型的粘接用底漆需要長固化時間和/或高溫（高溫固化設(shè)備，如加熱板、加熱燈、 加熱槍或烘箱），而這種長固化時間和/或高溫在許多環(huán)境中可能不容易獲得，例如在登機 口或飛機庫。這些時間和溫度要求延緩了整個粘接過程，需要專門設(shè)備和環(huán)境，并且使處理 對象（例如飛行器）長時間不能執(zhí)行任務(wù)。另外，過去主要因表面整理不充分而造成的粘 接失效已經(jīng)成為粘接構(gòu)件在當(dāng)前使用中的限制因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種不利用粘合劑粘接用底漆而使粘合劑與鋁部件結(jié)構(gòu)性粘接的 方法。所述方法包括從鋁部件的表面去除污物。在此操作中在鋁部件上形成清潔表面。所 述方法隨后可通過在鋁部件的清潔表面上沉積轉(zhuǎn)化涂層來進行，該步驟在清潔表面上形成 轉(zhuǎn)化層。所述方法通過在轉(zhuǎn)化涂層上沉積溶膠-凝膠材料來進行，從而在轉(zhuǎn)化層上形成溶 膠-凝膠層。在形成溶膠-凝膠層后，所述方法可通過在溶膠-凝膠層上沉積粘合劑層來 進行。固化后，粘合劑層與鋁部件形成結(jié)構(gòu)性粘接。
[0004] 本發(fā)明還提供了一種用于處理鋁部件的方法，該方法用于在不利用粘合劑粘接用 底漆的情況下進行結(jié)構(gòu)性粘合劑粘接。在一些實施方式中，所述方法包括從鋁部件的表面 去除污物，從而形成清潔表面。所述方法隨后通過在鋁部件的清潔表面上沉積轉(zhuǎn)化涂層來 進行，從而在清潔表面上形成轉(zhuǎn)化層。在形成轉(zhuǎn)化層后，所述方法通過在轉(zhuǎn)化涂層上沉積溶 膠-凝膠材料來進行，從而在轉(zhuǎn)化層上形成溶膠-凝膠層。
[0005] 本發(fā)明還提供了一種包含鋁部件、轉(zhuǎn)化層、溶膠_凝膠層、固化的粘合劑層和鋁補 片的裝置。鋁補片設(shè)置在固化的粘合劑層上。轉(zhuǎn)化層設(shè)置在鋁部件之上。溶膠-凝膠層設(shè) 置在轉(zhuǎn)化層之上，而固化的粘合劑層設(shè)置在溶膠-凝膠層之上。轉(zhuǎn)化層、溶膠-凝膠層和固 化的粘合劑層形成了設(shè)置在鋁部件和鋁補片之間的疊層體。疊層體提供了鋁部件和鋁補片 之間的結(jié)構(gòu)性粘接。
[0006] 下面將參考附圖進一步描述這些實施方式和其他實施方式。
【附圖說明】
[0007] 圖1A是一些實施方式的鋁補片與鋁部件在結(jié)構(gòu)性粘接過程中系統(tǒng)的示意性截面 圖。
[0008] 圖1B圖示了一些實施方式的裝置的示意性頂視圖，所述裝置包括轉(zhuǎn)化層、溶 膠-凝膠層和固化的粘合劑層以及通過轉(zhuǎn)化層、溶膠_凝膠層和固化的粘合劑層而結(jié)構(gòu)性 粘接的鋁補片和鋁部件。
[0009] 圖2圖示了一些實施方式的不利用粘合劑粘接用底漆而使粘合劑（或更具體而言 為鋁補片）與鋁部件結(jié)構(gòu)性粘接的方法所對應(yīng)的工藝流程圖。
[0010] 圖3是一些實施方式的結(jié)構(gòu)性粘接的子組件的示意圖，該結(jié)構(gòu)性粘接的子組件包 括粘合劑層、鋁部件和在粘合劑層和鋁部件之間設(shè)置的溶膠-凝膠層。
[0011] 圖4A是反映一些實施方式的一些飛行器制造和保養(yǎng)操作的過程流程圖。
[0012] 圖4B是圖示一些實施方式的飛行器的各種部件的框圖。
【具體實施方式】
[0013] 在以下描述中，闡述多種具體細(xì)節(jié)以提供對所提出的構(gòu)思的充分理解。所提出的 構(gòu)思可以在省略一些或所有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實施。在其他情況下，對公知的工藝操 作沒有進行描述，從而不會不必要地使所述構(gòu)思難以理解。雖然對一些構(gòu)思結(jié)合具體實施 方式進行了描述，但應(yīng)理解的是這些實施方式不意圖構(gòu)成限制。
[0014] 引言
[0015] 與鋁部件（例如飛行器的外表面）形成結(jié)構(gòu)性粘接的常規(guī)方法通常利用粘接用底 漆和/或難以在機場使用的其他材料。例如，粘合劑粘接用底漆可需要在250°F的溫度保 持90分鐘以充分固化粘合劑粘接用底漆。該溫度需要強大的熱源，例如加熱板、烘箱或加 熱槍，而這些通常在機場不能獲得和/或由于安全原因（例如燃料蒸汽和環(huán)境中存在的其 他可燃性材料）而通常不能使用。另外，施加并固化粘合劑粘接用底漆的操作一般是非常 費力的長時間程序，整個過程常常耗費超過4小時。同時，結(jié)構(gòu)性粘接常常需要短時間內(nèi)、 如飛行器在航空港地面停留時在機場形成。
[0016] 本發(fā)明提供了用于建立與鋁部件的結(jié)構(gòu)性粘接的表面處理方法。在一些實施 方式中，經(jīng)處理的表面用于粘接各種補片，所述補片還可由鋁或各種其他材料形成，例如 鈦和復(fù)合材料如碳纖維和玻璃纖維等。這些表面處理方法消除了對使用粘合劑粘接用 底漆的需要。結(jié)果，這些方法不使用高溫并節(jié)省了大量時間，而不犧牲結(jié)構(gòu)性粘接的質(zhì) 量和強度。在不使用粘合劑粘接用底漆的情況下，對鋁部件的表面首先以轉(zhuǎn)化涂層如 ALODINE? (獲自HenkelCorporation,Dusseldorf,德國）處理，然后以溶膠凝-膠材 料如B0EGEL-EPII(獲自波音公司，Chicago,IL)處理。隨后將粘合劑直接施加在鋁部件的 經(jīng)處理表面上，而不使用任何粘合劑粘接用底漆。這兩種處理的組合（即，轉(zhuǎn)化涂層處理和 溶膠-凝膠材料處理）使得即使在所得結(jié)構(gòu)中不存在粘合劑粘接用底漆的情況下也能夠形 成結(jié)構(gòu)性粘接。
[0017] 出于本文的目的，結(jié)構(gòu)性粘接定義為兩個結(jié)構(gòu)部件（例如鋁部件和鋁補片）之間 的粘接，其利用了位于這兩個結(jié)構(gòu)部件之間的粘合劑。這樣，結(jié)構(gòu)性粘接還存在于兩個結(jié)構(gòu) 部件中的每一個與粘合劑層之間。結(jié)構(gòu)性粘接應(yīng)當(dāng)與其中一個是非結(jié)構(gòu)部件（例如保護涂 層或漆）的兩個部件之間的粘接區(qū)分開。然而，應(yīng)注意該方法也可用于非結(jié)構(gòu)性應(yīng)用。例 如，非結(jié)構(gòu)性粘接的搭接剪切強度可小于約l〇〇〇psi，而室溫下結(jié)構(gòu)性粘接的搭接剪切強度 可為至少約lOOOpsi，或者更通常為至少約2000psi，或甚至至少約3000psi。
[0018] 本文所述表面處理方法避免了對強力加熱設(shè)備如電加熱器的需要，并且可以在不 能獲得或不允許這種加熱器的場所（例如有較高易燃性危險因素的場所）進行粘接。表面 處理方法的這些特征可改善機隊可用性（fleetavailability)，這是因為粘接可在機場進 行，而通常無需使飛行器退出任務(wù)。例如，該方法可以在登機口或航空港飛機庫中進行，而 不是將飛行器返回到制造廠或特定的修理地點。整個結(jié)構(gòu)性粘接過程包括：整理需處理的 表面、處理該表面和施加并固化粘合劑，該過程可僅需要2~4小時；而包括粘接用底漆的 通常方法可能花費長達8~24小時。
[0019] 結(jié)構(gòu)性粘接實例
[0020] 圖1A是一些實施方式的鋁補片110與鋁部件102的結(jié)構(gòu)性粘接過程中系統(tǒng)100 的示意性截面圖。系統(tǒng)1〇〇的其他部件有轉(zhuǎn)化層104、溶膠-凝膠層106和固化的粘合劑層 108。轉(zhuǎn)化層104可稱為第一層，溶膠-凝膠層106可稱為第二層，固化的粘合劑層108可 稱為第三層。應(yīng)注意，轉(zhuǎn)化層104可包括多個子層。同樣，溶膠-凝膠層106也可包括多個 子層。
[0021] 轉(zhuǎn)化層104、溶膠-凝膠層106和固化的粘合劑層108設(shè)置在鋁補片110和鋁部件 102之間，從而使轉(zhuǎn)化層104設(shè)置在鋁部件102之上，溶膠-凝膠層106設(shè)置在轉(zhuǎn)化層104之 上，并且固化的粘合劑層108設(shè)置在溶膠-凝膠層106之上。轉(zhuǎn)化層104接觸鋁部件102。 在一些實施方式中，通過對鋁部件102的表面進行有效改性來使轉(zhuǎn)化層104部分或完全并 入鋁部件102。固化的粘合劑層108接觸鋁補片110,鋁補片110可具有特殊處理的表面以 提供與固化的粘合劑層108的增強粘接。例如，表面可通過施加粘合劑粘接用底漆來處理 (例如，在其制造過程中預(yù)處理鋁補片110)。作為另一選擇，鋁補片110可通過轉(zhuǎn)化涂層和 溶膠-凝膠涂層的組合來處理，該處理可在機場進行。
[0022] 轉(zhuǎn)化層104、溶膠-凝膠層106和固化的粘合劑層108以及鋁補片110和鋁部件 102成為裝置（例如，飛行器）的一部分。換言之，轉(zhuǎn)化層104、溶膠-凝膠層106和固化的粘 合劑層108以及鋁補片110在結(jié)構(gòu)性粘接工序完成后保持附接在鋁部件102上。系統(tǒng)100的 非永久性附接在裝置上的其他部件為剝離層112、真空袋114、一個或多個熱包116和絕熱 體118。這些部件可以臨時使用，例如，在固化的粘合劑層108中的粘合劑固化過程中使用。 例如，剝離層112可用于控制未固化的粘合劑的分布，并防止未固化的粘合劑與系統(tǒng)100的 其他部件（例如絕熱體118或真空袋114)接觸。真空袋114可用于將固化區(qū)域與周圍環(huán) 境隔離并對鋁補片110施加一些壓力?？赏ㄟ^外部機械作動器（未示出）提供額外壓力。 在一些實施方式中，可使用外部機械作動器替代真空袋114。熱包116可以是能夠在需要的 時長內(nèi)保持需要的溫度的熱包、矩形扁瓶或容器中包含的化學(xué)相變材料（PCM)。在一些實 施方式中，使用能夠在室溫固化的粘合劑，例如獲自HenkelCorporation(Dusseldorf,德 國）的HYSOLCfcEA9394?。HYSOLSEA9394?在77°F約5~7天后完全固化，或如果需 要更短的固化時間則可以在較高溫度下固化。較高固化溫度粘合劑的實例包括HYSOLK EA9696?，也獲自HenkelCorporation(Dusseldorf,德國）。HYSOL.SEA9696? 可在 225°F~265°F的溫度固化，以完全固化。在一些實施方式中，可使用其他